CN1215931C - 用于制造纤维增强产品的方法和模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过在可分开模具的两个可相连半模之间模制热粘合树脂材料来制造带有整体嵌件的纤维增强热固性塑料的产品的方法，模具最好由具有连接在压制台的可动部分(8)和固定部分(9)上的内成型面(10，11)的上模(6)和下模(7)组成，从而可在模制产品前将至少一个嵌件(4)固定在界定于各半模的成型面(10，11)之间的型腔中。为了制造其中嵌入并被模制材料基本上包围的嵌件的SMC材料的产品，采用各自具有一组支撑装置(12)的半模(6，7)，支撑装置可相对于与各半模相关的成型面(10，11)而在型腔内运动，通过支撑装置可以在模制的初始阶段之前和之中固定住嵌件(4)，在模具中的树脂凝固之前，将支撑装置(12)从其可支撑嵌件的位置中移开，此后在填充支撑装置(12)留下的孔的过程中将半模(6，7)进一步压在一起。

Description

用于制造纤维增强产品的方法和模具

技术领域

本发明涉及一种用于通过在可分开模具的两个可相连半模之间模制热粘合树脂来制造带有整体嵌件的纤维增强热固性塑料的产品的方法，从而可在模制产品前将嵌件固定在界定于模具的两个可相连半模之间的模具型腔中。本发明还涉及一种用于执行此方法的模具。

现有技术

原料中基本上包括纤维增强塑料材料的模制品的制造通过在通常处于140-165℃范围内的温度下将预定量的热粘合树脂的模制材料压在两个钢制模具之间来进行。模制通常在较低液压力中进行，其中模制压力被认为是相对较低的，通常不超过每模制品的投影面积5-20MPa。两个可相连的半模的凹进表面形成了型腔，半模为通常由切削工具用钢制成的上模和下模的形式，并具有精心设计的切削边或压缩边，其用途是密封型腔和切除任何最终多余的材料。压缩模制工艺的工艺循环时间一般取决于所选原料的性能以及产品的设计和复杂性，然而通常认为这个时间较短且很少超过2分钟。用于模制的模制材料通常包括一种由树脂预浸渍的材料，例如为预浸渍的纤维结构的形式，即所谓的预浸渍材料(pre-preg)。这种所谓的预浸渍材料通常称为“片状模塑料”，在下文中称为SMC材料。在一些应用中，需要通过压力模制来制造非常耐用的产品，这样，特定零件或所谓的嵌件可整体或部分地容纳于SMC材料中并被SMC材料所包围。特别是，已经表明，需要能制造带有容纳于SMC材料中并基本上被其包围的印制电路板等形式的电气或电子部件的SMC材料的产品。

发明介绍

本发明的目的是提供一种方法，其能够采用压力模制来制造嵌件容纳于模制材料中并基本上被其包围的结构部分。特别是，已经表明，这种方法适用于制造电路板等形式的电子部件可容纳于SMC材料中并被所述SMC材料包围的SMC材料的产品。本发明的另一目的是提供一种可执行此实用方法的模具。

这些目的通过根据本发明的具有的方法和装置来实现，具体地说，根据本发明的方法的特征主要在于，分别具有一组支撑装置的半模能以可伸出的方式相对于与各半模相关的成型面运动，嵌件在模制的初始阶段之前和之中固定在所述支撑装置之间的一个固定位置处，在树脂在模具中凝固之前将支撑装置从其可支撑嵌件的位置中移开，在填充支撑装置所留下的孔的过程中将半模进一步压在一起，这样在模制过程中所使用的材料具有与所述孔的体积相等的一定的多余体积。

具体地，本发明提出一种用于通过在可分开模具的两个可相连的半模之间模制热粘合树脂材料来制造带有整体嵌件的纤维增强的产品的方法，所述半模由具有内成型面的上模和下模构成，从而可在模制所述产品前将至少一个嵌件固定在界定于所述半模闭合时的内成型面之间的型腔中，其特征在于，所述模制采用各自具有一组支撑装置的上、下模，所述支撑装置可相对于与各所述半模相关的内成型面而在所述型腔内运动，通过所述支撑装置可在所述模制的初始阶段之前和之中固定住所述嵌件，在所述模具中的树脂凝固之前，将所述支撑装置从其可支撑所述嵌件的位置中移开，此后在填充所述支撑装置留下的孔的过程中将所述上、下模进一步压在一起。

在所述模制过程中使用的所述热粘合树脂材料具有与所述支撑装置留下的所述孔的体积相等的一定的多余体积。上模和下模分别连接在压制台的可动部分和固定部分上。

所述嵌件设置在所述下模的支撑装置上的止动位置处，在这种情况下所述支撑装置相对于相关的所述内成型面处于向前伸出的位置，在所述模具的合模运动中，所述上模的支撑装置在与所述嵌件接触后在对所述嵌件施加恒定压力的过程中移动到所述上模中。

本发明也提出一种用于制造带有整体嵌件的纤维增强的产品的模具，其特征在于，作为所述模具的一部分的所述上、下模均包括支撑装置，当被调节和操纵装置作用时，所述支撑装置可相对于与各所述上、下模相关的所述内成型面而运动。

所述支撑装置可相对于与各所述上、下模相关的内成型面而在所述型腔内以可伸出的方式运动。各所述支撑装置包括一组支承销，其以可滑动的方式容纳在设置于所述上、下模内的孔中。

所述支承销的组具有位于所述上、下模之外的部分，其通过零件相互连接成一个整体，所述调节和操纵装置设置成可作用在所述零件上。

所述上半模以可拆地装配在所述压制台的可动部分上，而所述下模以可拆地装配在所述压制台的固定部分上，因而所述零件可通过在延伸于所述上、下模和所述可动部分与固定部分之间的轴上滑动而被引导。

所述嵌件包括相薄的板状件，所述支承销的可在所述型腔内活动的部分相互面对，各所述销在所述板状件主表面的所述销一侧是可活动的。所述板状件为电路板。

附图说明

在下文中将参考附图对本发明进行更详细的介绍，在附图中：

图1显示了通过所谓的巴里斯板(balis-plate)的X射线图像的透视图，所述巴里斯板用作一个实施例的示例以介绍形成了本发明基础的原理，

图2显示了沿图1中线II-II的纵向视图，

图3显示了在传统液压模制装置中当对SMC材料进行压力模制时的时间和工作过程的曲线图，以及根据本发明原理的制造带有容纳于SMC材料中并被此材料包围的SMC材料的相当产品时的操作循环的曲线图，

图4显示了根据本发明的制造工艺的步骤的部分剖开的局部视图，其中上、下半模处于其打开位置。

图5显示了根据本发明的制造工艺的步骤的部分剖开的局部视图，其中模具合模。

图6显示了根据本发明的制造工艺的步骤的部分剖开的局部视图，其中半模被压到一起。

图7显示了根据本发明的制造工艺的步骤的部分剖开的局部视图，其中半模被进一步压到一起。

图8显示了根据本发明的制造工艺的步骤的部分剖开的局部视图，其中半模打开。

图9显示了根据本发明的制造工艺的步骤的部分剖开的局部视图，其中成品顶出并将其从模具中取出。

具体实施方式

如图1和2所示并通常由标号1表示的巴里斯板由SMC材料制成，并作为一个部件结合在用于自动监控列车的所谓自动交通控制(ATC)系统中。所谓的巴里斯板设置并连接在形成铁路轨道的铁轨之间的枕木上，它们的作用是登记关于过往列车的信息，并与机车所装备的计算机装置之间来回传送这些信息。在此信息的帮助下，机车的计算机装置可计算出机车在轨道上的位置，并确定其它列车位于何处。从巴里斯板传送到机车中或从机车传送到巴里斯板中的信息以无线的方式进行，因此巴里斯板应设有传输装置，包括可通过第一连接点2和第二连接点3与设置在电路板4中的环形天线5电连通的电路，而此传输装置嵌入在形成巴里斯板的结构或主体的模制材料中。巴里斯板具有预定或期望的操作寿命，如果要达到此设定寿命，那么应认识到可防止湿气和液体进入到敏感的环形天线5中的性能是很关键的。同时，由于巴里斯板1受到位于轨道间位置的元件的影响，即巴里斯板1实际上充分地暴露出，而且巴里斯板1是安全系统的一部分，因此对巴里斯板的可靠性及其功能的要求很高。另外应当认识到，因为可防止液体和湿气与所述环形天线相接触，因此将环形天线有效地嵌入到模制材料中有助于提高操作的可靠性。

参考图4到9，图中显示了一种用于制造带有嵌入在其中的环形电路板4的图1所示巴里斯板1的模具。模具包括两个可相连的半模，其包括上模6和下模7，它们以已知方式并可拆地装配在压制台的可动上部8和固定下部9上，此压制台由虚线/点划线表示并包括在未进一步示出的图中。在各种情况下，两个可相连的半模分别具有成型面或工作面10和11，当模具半模连接在一起时，成型面界定了与巴里斯板1的外形相同的内部型腔。由所述半模6，7形成的型腔最好为所谓的密封型，并且以已知的方式设计，这样当半模夹在一起时，只有少量的模制材料通过半模的分型线之间所形成的间隙逸出。

模制装置还具有图中未示出的相关控制和引导装置如可编程的计算机等，在这些装置的帮助下，可以控制和引导进行压力模制操作所需的所有参数，包括模具半模的合模速度、温度、工艺过程的不同方向和循环时间，以及操作相关设备如驱动气缸等所需的参数。

各上、下半模6，7均包括一组支撑装置12，当被调节和操纵装置13作用时，各上、下半模6，7以可伸出的方式相对于成型面10，11移动到其向前的伸出位置，在支撑装置12之间可以夹持并固定住嵌件，嵌件为电路板4的形式，可容纳在由SMC材料制成的产品中。为了夹持并固定住电路板4，在各所述半模6，7上的支撑装置12包括一组支承销14，朝向型腔的各销端部与另一销的朝向型腔的端部相对，支承销以可滑动的方式容纳在设置于半模中的孔15中，从而可以在型腔内外自由地运动。通常可以说，可根据将要夹持在突出的支承销之间的嵌件的轮廓和形状来选择支承销14的数目、构造和相互间的位置。另外，产品的构造如其强度等自然也对支承销14的设计有影响。在此实施例的一个示例的介绍中，支承销14设置成使它们准确地顺应电路板4的环形且大致平面的外轮廓。

在所述各组相对的支承销14的远离型腔的端部，各销通过厚板形式的单个零件16和连接装置17而连接到整体部件上，件16位于由相关半模6，7所限定的空间内，而连接装置17可将半模6，7连接到压制台8，9上。厚板16可在轴18上沿被引导的垂直方向在所述型腔内移动，轴18在所述各个半模6，7和相关连接装置17之间延伸，从而可与压制台8，9可拆式地相连。采用由上述计算机控制的控制和引导装置所控制的上述调节和操纵装置13来操纵厚板16，从而可使支承销14相对于与各半模6，7相关的成型面10，11发生运动。调节和操纵装置13设计成可使支承销14自由地运动到型腔中和从型腔中移出，并以所选的恒定压力压在位于相面对的支承销14之间的电路板4上，而与半模6，7的相互间位置无关。具有上述特性的调节和操纵装置13是已经众所周知的，在下文中不做详细介绍，然而它确实可以适当地包括一些类型的气动或液动的活塞-缸装置并带有流动通道和元件的相关系统。调节和操纵装置13最好可包括一组液压缸19，其各端部分别与厚板16和连接装置17相连，为了能以可变作用力来进行调节，液压缸19以已知的方式与液压回路相连，液压回路包括一些类型的压力控制阀装置，其形式例如为所谓的流量调节器等。在一种本质上已知的方式中，将一组用于顶出成品的顶针20设置在下模中。由于所述顶针20已经是众所周知的，因此它们的功能或结构设计在此不做详细介绍，然而也可以将顶针20和支承销14设置在下模中，以便同时操纵和共同地顶出成品。

参考图3，图中的实线表示了当在传统的液压模制装置中对SMC材料进行压力模制时在典型操作循环中的时间和工作过程的曲线。在此同一幅图中的点划线/虚线表示了在根据本发明原理制造带有容纳于SMC材料中并被其包围的SMC材料的相当产品时的时间和操作循环的典型曲线。

参考此实线，操作步骤始于：A，将SMC材料21装入到模具中；B，模具合模；C，材料发生流动，直到模具被完全填充和处于压力下；D，材料发生热硬化；E，模具打开；F，将由SMC材料形成的产品取出。

根据本发明的原理，图3中的虚线显示了用于制造出带有集成在模制材料中的SMC材料的产品的操作循环的时间和工作特性。下面将参考图中的虚线并结合图4-9的一组图来介绍用于制造巴里斯板1的不同操作步骤，在这里巴里斯板1以集成在模制材料中的电路板4为例。

如图4所示，当上、下半模6，7处于其打开位置且所述支承销14的组相对于成型半模的各成型面10，11位于其突出位置时，将电路板4置于位于下模的支承销14的自由端上的止动位置处，并将一定量的SMC材料21装入到模具中，此为A’。由于确定在所谓的阳模中进行压力模制所需的SMC材料量是很容易实现的，因此所装入的材料量可被添加一定的多余体积，另外当支承销突出到密闭模具中并处于其伸出位置时，材料量被添加了等于两组支承销14体积的多余量。在图5和步骤B中，模具合模，因而电路板4被两组支承销14之间的预定的恒定夹紧力固定住。在此之后，SMC材料发生流动，直到型腔被完全填满为止，此为C’。为了便于流动并因此避免固定在支承销14之间的电路板4发生变形，模具合模及其填充阶段的速度应比压力模制不带嵌件的SMC材料所需的正常速度慢得多。用于当前示例的一个适当速度为约1毫米/秒或比这个速度更小，在此示例中，这意味着填充阶段比正常值至少长20-30倍。这可以通过比较图中的线C和C’-C’来得出，在这个方面存在着一定的困难，即无法使模制材料能这样混合并具备在相对较长的模具闭合和密封时间中不发生凝固的性能。

在这里介绍的实施例中，合模时间约为1分钟，这与制造不带嵌件的相当物体时通常需要的合模时间为几乎不到2-3秒形成了对比。在此方面，相对于制造不带嵌件的相当物体时通常所需的流动性程度来说，SMC材料的流动性已经显著地降低，然而SMC材料并不因为这个原因而无法控制。另外，添加所谓的抑制剂即可延缓化学反应的物质也可以保证SMC材料在模具合模的过程中不会发生凝固。在制造具有与所述实施例相同形状的巴里斯板1的过程中，已经证明采用流动性程度在1×10⁶-30×10⁶mPas(毫帕每秒，根据主轴为T-F/1rpm的Brookfield粘度计测出)范围内的SMC材料21可得到非常好的结果。流动性程度在5×10⁶mPas左右被证明是最好的。

由于支承销14占据了界定于半模6，7之间的型腔总体积中的一部分，因此根据本发明的压力模制操作的闭合过程在工作运动方面比压力模制SMC材料的正常情况早一些结束。这可以从图中点C’和C处的虚线和实线的比较中清楚地看出。在此方面，半模6，7具有很小公差的垂直分型线，这样，尽管在这种情况下所选模制材料的流动性较低，然而在半模闭合时还是可以在对应件之间得到有效的密封。应当指出，SMC材料21的较低流动性以及分型线或压缩边的较小公差和低间隙对半模6，7相互间的导向提出了很高的要求。在此实施例中，在其所选的流动性程度下，已经证明采用在模具闭合时压缩边的间隙在0.05-0.08mm左右的半模是适当的。

参考图3、图6和7，SMC材料被压到一起并发生流动，填满模具，此为C’；因此在材料凝固前，操纵支承销14使其从型腔中退出，从而离开它们的可夹紧电路板4的位置(图7)，在此之后半模6，7在填满支承销14所留下的孔的过程中被进一步地压到一起，此为R’。最后，材料在指定时间段D’-D’中发生凝固。

可以指出，虽然所选的时间段由一系列设计因素如成品厚度、产品形状来引导确定，然而所选的凝固时间比通常所需的时间明显更长，在此实施例中高达12分钟。所述较长的凝固时间由图中点D’-D’间的虚线所体现。在模制的最后阶段和压缩阶段，原则上不会有材料经半模6，7的压缩边选出。

当SMC已经发生了所需的凝固时，半模6，7打开，此为E’(图8)，之后通过顶针20将成品、更具体地说是巴里斯板1顶出，并将其从模具中取出，此为F’(图9)。

本发明并不限于图中所示的上述实施例，在由所附权利要求限定的本发明概念的范围内，可以多种方式对本发明进行变化和修改。

Claims (13)

1.一种用于通过在可分开模具的两个可相连的半模之间模制热粘合树脂材料来制造带有整体嵌件的纤维增强的产品的方法，所述半模由具有内成型面(10，11)的上模(6)和下模(7)组成，从而可在模制所述产品前将至少一个嵌件(4)固定在界定于所述半模闭合时的内成型面(10，11)之间的型腔中，其特征在于，所述模制采用各自具有一组支撑装置(12)的上、下模(6，7)，所述支撑装置可相对于与各所述半模相关的内成型面(10，11)而在所述型腔内运动，通过所述支撑装置可在所述模制的初始阶段之前和之中固定住所述嵌件(4)，在所述模具中的树脂凝固之前，将所述支撑装置(12)从其可支撑所述嵌件的位置中移开，此后在填充所述支撑装置(12)留下的孔的过程中将所述上、下模(6，7)进一步压在一起。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述模制过程中使用的所述热粘合树脂材料具有与所述支撑装置(12)留下的所述孔的体积相等的一定的多余体积。

3.根据上述权利要求1到2中任一项所述的方法，其特征在于，所述嵌件(4)设置在所述下模(7)的支撑装置(12)上的止动位置处，在这种情况下所述支撑装置(12)相对于相关的所述内成型面(11)处于向前伸出的位置，在所述模具的合模运动中，所述上模(6)的支撑装置(12)在与所述嵌件接触后在对所述嵌件(4)施加恒定压力的过程中移动到所述上模(6)中。

4.根据上述权利要求1到2中任一项所述的方法，其特征在于，采用流动性程度在在1×10⁶-30×10⁶mPas的范围内的热粘合树脂。

5.根据上述权利要求4所述的方法，其特征在于，热粘合树脂的流动性程度为5×10⁶mPas。

6.根据上述权利要求1到2中任一项所述的方法，其特征在于，上模(6)和下模(7)分别连接在压制台的可动部分(8)和固定部分(9)上。

7.一种用于根据权利要求1所述的制造带有整体嵌件的纤维增强的产品的模具，其特征在于，作为所述模具的一部分的所述上、下模(6，7)均包括支撑装置(12)，当被调节和操纵装置(13)作用时，所述支撑装置(12)可相对于与各所述上、下模相关的所述内成型面(10，11)而运动。

8.根据权利要求7所述的模具，其特征在于，所述支撑装置(12)可相对于与各所述上、下模(6，7)相关的内成型面(10，11)而在所述型腔内以可伸出的方式运动。

9.根据上述权利要求7到8中任一项所述的模具，其特征在于，各所述支撑装置(12)包括一组支承销(14)，其以可滑动的方式容纳在设置于所述上、下模(6，7)内的孔(15)中。

10.根据权利要求9所述的模具，其特征在于，所述支承销(14)的组具有位于所述上、下模(6，7)之外的部分，其通过零件(16)相互连接成一个整体，所述调节和操纵装置(13)设置成可作用在所述零件(16)上。

11.根据权利要求10所述的模具，其特征在于，所述上半模(6)以可拆地装配在所述压制台的可动部分(8)上，而所述下模(7)以可拆地装配在所述压制台的固定部分(9)上，因而所述零件(16)可通过在延伸于所述上、下模(6，7)和所述可动部分(8)与固定部分(9)之间的轴(18)上滑动而被引导。

12.根据上述权利要求7到8中任一项所述的模具，其特征在于，所述嵌件(4)包括板状件，所述支承销(14)的可在所述型腔内活动的部分相互面对，各所述销在所述板状件主表面的所述销一侧是可活动的。

13.根据上述权利要求12所述的模具，其特征在于，所述板状件为电路板。

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